PLC组态系统在线监控系统在煤矿主通风机中的应用.pdf

医目圈 m J l f 1 r 山西煤炭 SH ANX I COA L 文章编号 1 6 7 2 5 0 5 0 2 0 1 1 0 1 0 0 7 8 0 3 P L C组态系统在线监控系统 在煤矿主通风机中的应用 第31 卷第1 期 武培林 山西荫营煤矿 ， 山西阳泉0 4 5 0 5 3 摘要 采用各种传感 器、 通过 西门子 P L C和 力控组 态软件对矿用主通风机进行技 术改造 ， 实现主通风机的在 线 监控 运 行 。 关键 词 通风 机 ； 买 时监 测 ； P L C； 组 态 中图分类号 T D 7 6 1 概述 西峪煤矿年生产能力为 1 2 0万 t ，煤种为优质 动力煤。该矿主通风机 已服务多年 ， 因此该矿决定 对主通风机的电控等重要设备进行升级改造 ， 并且 要增加一套风机在线监测监控系统 ， 以增加对风机 的风量 、 风速 、 效率 、 振动 、 电机温度以及电参数 的 实时监测 ， 并要求预警 ， 使 主通风机更好地服务于 煤矿安全生产。 2 系统结构 根据设计要求 ， 选用西门子 P L C可编程控制器 和力控组态系统平 台及各种传感器 实现对风机 的 实时监测 ， 具体结构见图 1 。 图 1 系统 结构示意图 3 P L C如何实现对数据 的采集和分析 处理 系统通过各种传感器 ，来完成设备 的数据采 集， 采用西门子 P L C可编程控制器对采集的数据进 78 文 献标 识 码 A 行运算 、 逻辑判断 、 处理等 ， 实现各种控制功能。 P L C 硬件采用模块化设计 ，软件采用多层结构设计 ， 极 大减少 了模块之问的耦合性 ， 提高了系统的可扩充 性 。 西 门子的 P L C在国际 自动化领域 中得到大众 的认可 ， 配置和性价 比都较好。 S I MA T I C s 7 3 0 0可编程序控制器是模块化结 构设计。各种单独 的模块之间可进行广泛组合 以用 于扩展 ，其大量功能支持和帮助用户进行编程 、 启 动和维护。它的功能有 a ． 高速的指令处理 。 0 ． 6 s ～ 0 ． 1 S 的指令处理 时间在 中等到较低 的性能要求 范围内开辟 了全新 的应用领域 。 b ． 浮点数运算 。用此功能可以有效地实现更 为 复杂的算术运算 ， 方便用户 的参数赋值 ， 一个带标 准用户接 口的软件工具给所有模块进行参数赋值 ， 这样就节省了入门和培训的费用。 c ． 人机界面 HMI 。方便的人机界面服务已经 集成在 S 7 3 0 0操作系统内。因此人机对话的编程 要 求 大 大 减 少 。 S I MA T I C人 机 界 面 h m i 从 s 7 3 0 0中取 得数据 ， s 7 3 0 0按用户指定 的刷新速 度传送这些数据 。 s 7 3 0 0操作系统 自动地处理数据 的传送。 d ． 诊断功能。C P U的智能化的诊断系统连续监 控系统的功能是否正常 、 记录错误和特殊系统事件 例如 超时， 模块更换 ， 等等 。 e ． 口令保护。 多级口令保护可以使用户高度 、 有 收稿 日期 2 0 1 0 1 1 0 6 作者简介 武培林 1 9 6 9 一 ， 男 ， 山西忻 州人 ， 大学本科 ， 工程 师 ， 从事煤矿机 电管理工作。 第3 1 卷第 1 期 2 O 1 1 年 1 月 山西煤炭 SH AN XI COA L 效地保护其技术机 密 ，防止未 经允许 的复制和修 改 。 f 操作方式选择开关 。操作方式选择开关像钥 匙一样可 以拔出 ， 当钥匙拔出时 ， 就不能改变操 作 方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。 4 组态系统如何实现人机界面对话 1 组态硬件。K F J主通风机系统是以上位机 、 组态软件 、 可编程控制器 和智 能模 块 、 数据采集 及 网络通信 、 各种感应检测技术等为一体的综合监测 系统 ， 可对通风机 的工作状态进行 在线监测 、 远程 控制 、 故障诊断 、 报警及网络传输。 上位机通过通信接 口、 R S 4 8 5接 口与控制器 C P 模块 、 现场智能数据采集装置相 连 ， 将接收到 的数 据进行 画面显示 、 存储 ， 形成报表和各种历史 曲线 ， 并对数据进行分析判 断 ， 发现异 常时报警 ， 同时用 组态软件实时模拟显示风机的运行状态 ，直观 、 形 象 、 方便。 上位机 P C 一 5 1 0 一 D 具有用户界面友好 ， 带前置 过滤网易于维护的特点 ； 支持 2 5 0 W A T X P F C P S ／ 2 电源 ；前置 电源和 H DD状态指示灯 2个前置 U S B 口； 能抗 冲击 ， 振荡 ， 并且能在高温下稳定工作 ； 防 震设计 的驱动器 台 ，可 以容和 3个 5 ． 2 5 ”及 1个 3 ． 5 ” 前端驱动器 ； 灵活的机械设计支持 P S ／ 2单 电源 和冗余 电源 ； I P C 一 6 1 0 L是 1 9 ” 机架安装工业电脑机 箱 ， 专为任务关键应用 而设计。此机箱可容纳一个 1 4 槽 P C I ／ I S A总线无 源底板或者标准 A T X主板 ， 并 支持各种电源。 2 组态软件。系统通过 MO D B U S 、 1 0 4电力规 约等通讯协议进行通讯 ， 软件平 台显示 了各 电机的 运行状态 、 电流 、 电压 和各监控点 的温度 以及 风机 风量参数 、 风机振动参数 ， 顶部的菜单栏可切换至 2 号风机界面和其它界面的通道 。 参数显示界面包括 电机温度 、电机运行参数 、 风压风量参数 、 风机的水平及垂直振动信号等。 图 2 为组 态 主画 面 。 系统可 以监测 电机 的定子温度 、 前后轴承 的 温度 ； 风机轴承温度 ； 风机 的负压 、 风速 、 风量及效 率 ； 电机 的电压 、 电流 、 功率 因素 、 有功无功功率等 ； 风门的开度和防爆门的状态 。 系统将对所有监测的数据进行采集 、存 储 、 归 VO1 ． 31 NO． 1 J an 2O11 图 2为 组 态 主 四 面 档 、 报警 、 打印等。当风机 的温度超过规定值 、 风机 及电机 的振动发生位移或轴承过度磨损 、 风机发生 喘振时 ， 当各种 电量 发生变化 如过压 、 过 流 、 短路 时 ， 系统将发 出声光报警 ， 以汉字显示 的方式提示 操作人 员 ， 发生故 障的位置 和类别 ， 以便于现场人 员的快速判断和维修 。 5 系统功能 1 监测功能 。电机的定子温度 、 前后轴承的温 度 ； 风机轴承温度 ； 风机 的负压 、 风速 、 风量及效率 ； 电机 的电压 、 电流 、 功率 因素 、 有功无功功率等 ； 风 门的开度 和防爆 门的状态 ；风机运行工况状态显 刁 。 2 数据处理功能。系统将对所有监测 的数据 进行采集 、 存储 、 归档 、 报警 、 打印等。 3 故障诊断功能。当风机的温度超过规定值 、 风机及 电机的振动发生位移或轴承过度磨损 、 风机 发生喘振时 ， 当各种电量发生变化如过压 、 过流 、 短 路时 ， 系统将发 出声 光报警 ， 以汉字 显示 的方式提 示操作人员 ， 发 生故 障的位置和类 别 ， 以便 于现场 人员 的快速判 断和维修。 4 扩展及并 网功能。 系统将预留 2 0 ％的接口， 以备今后扩展 时用。系统可方便地把信息发布到局 域 网上 ，使 网上的其他用户通过 WE B浏览器实现 信息共享 ，或者提供开放 的网络数据库 f 网络 O P C 通讯形 ， 满足其它监控平 台的数据访问。 5 数据储存和管理 。风压 、 电量 、 风机及 电机 的各种温度 、 风机 的振动等各种监测参数实现定时 存储 ， 数据能保存一至两年甚至更长时问。风机性 能参数每小时记录一次；故障参数每分钟记录一 次 ， 可以很方便地进行查询。同时 ， 也便于管理部门 分析有关数据 ， 强化通风机的管理。 在温度变量记 录界面下显示电机 的温度参数 ， 每分钟记 录归档一 次 ， 可 以根据需要进行查看或打印报表。 79 山西煤炭 SH AN XI C OAL 6 报警记录和用户管理。报警记 录界面中显 示报警的信息 ， 有长期报警 ， 短期报警 ， 打印 ， 排序 ， 激活等 。对于使用本系统的用户进行分级管理 ， 按 照权 限由小到大依次分为监视员曝 作员和系统工 程师三种级别 ， 每种级别的用户分别赋予不同的权 限。对于用户在使用本系统中的一些重要操作如修 改报警 限值 、 添加和修改用户 、 报警确认和关闭系 统等 ， 都生成操作记 录并保存 ， 用户 可以随时查阅 操作记录并打印。 6 系统特 点 1 高可靠性 。上位机系统拥有工控机 ， 实现了 人机界面。下位机为西 门子 P L C， 对数据的采集和 运算处理更为精确可靠 。 2 可扩充性 。硬件采用模块化设计 ， 用户可在 不影响已有系统结构 的条件下 ， 扩展了 2 0 ％采集通 道。软件采用多层结构设计 ， 极大减少 了模块之间 的耦合性 ， 提高了系统的可扩充性 。 3 风机监测 系统和电力系统合二为一 。可通 过通讯管理机通讯 ， 实现对电力系统的遥测 、 遥控 、 遥信 、 遥调 、 遥感等的功能。 4 用软件实现风机的“ 喘振 ” 预警 。当风机的 压力 、 风量 、 电流三者同时增多或同时降低时 ， 系统 即发生 “ 喘振” 报警 ， 以提示值班人 员注意 ， 并及 时 汇报调度室作出相应处理。 8 0 第3 1 卷第1 期 5 配置高 ， 性价比好。系统采用西门子的 P L C 做 为下位机 ，在 国际 自动化领域 中得到大众 的认 可 ， 配置和性价 比都较好。 7 总结 风机是矿井要害设备之一 ， 风机 的实时运行数 据需要纳入全矿井 自动化 系统 ， 传统 的设备无法与 矿井 自动化系统交换数据 ， 只要依赖 于计算机网络 技术 ， 才可以将风机运行 的实时信息数据传送给矿 调度室 ， 并将其运行数据并入全矿井数据库 以供整 体分析决策使用 。所 以， 在线监测是实现全矿井 自 动化的必须系统。 K F J 通风机在线监测系统是应用于大型通风机 流量监测方法 的装置 ； 应用工业计算机检测技术和 独特 的专有研究成果对矿用大型通风机的运行状 态进行连续在线测量与处理 ， 以多种方式提供通风 机运行状态的各种数据 ， 保障通风机 的安全运行和 方便通风机的性能测试 ， 并为多种功能扩充提供方 便 的条件。 K F J 通风机微机监测系统能够在生产过程 中随 时掌握通风设备的运行状态 ， 改变了传统的设备管 理方式 ， 提高 了通风设备的 自动化管理水平 ， 有力 地保证 了通风机设备 的经济 、 可靠运行 ， 为设 备的 管理和维修提供了可靠的科学依据 。 App l i c a t i o n o f PLC a nd Co nfig ur a t i o n S y s t e m f o r Re a l -Ti me M o ni t o r i ng i n M a i n Fa ns W U Pe i -l i n S h a n x i Y i n y i n g Mi n e ， Y a n g q u a n S h a n x i 0 4 5 0 5 3 Abs t r a c t W i t h a l l k i n d s o f s e n s o r s ，t he t e c h n o l o g i c a l r e f o r ma t i o n o n ma i n f a n s u s e d i n mi n e s wa s a c h i e v e d t h r o u g h S i e me ns PLC a n d p r e s s u r e c o n t r o l l e d c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e a nd t h e o n l i n e mo ni t o r i n g wa s r e a l i z e d ． Ke y wo r ds f a n； r e a l - t i me mo ni t o r i n g ；P LC； c o n f i g u r a t i o n 编辑 徐树 文